JP2008171641A - バックライトユニット - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、比較的簡易な構造で生産性に優れると共に、光源光の利用効率の向上で輝度が高く且つ面輝度分布の均一性の向上で輝度むらが少なく、光学的にも優れた特性を有するバックライトユニットを提供することにある。
【解決手段】複数の線状光源２の夫々の下方および側方を覆うように連続したリフレクタ３を配設し、光源２の上方に拡散板４と拡散シート５とプリズムシート６で構成された配光制御ユニット９を配設した。リフレクタ３の反射面７のうち、光源２の下方から斜め下方向に向かう面は平面１０を呈しており、光源２の斜め下方向から隣接するリフレクタ３同士の接合部８に向かう面は光源２の位置を第１焦点１１とし、配光制御ユニット９の光源２側と反対側の位置に、隣接する光源２と共有する第２焦点１２を有する楕円柱面１３を呈している。
【選択図】図２

Description

本発明は、バックライトユニットに関するものであり、詳しくは、いわゆる直下型と呼ばれるバックライトユニットに関する。

従来、液晶表示パネル等の非発光表示素子の照明光源として、導光板の側面から入射した光で該導光板の平面側に載置された非発光表示素子を照射する、いわゆるサイドライト型と呼ばれるバックライトと、拡散板の一方の平面側から入射した光で該導光板の他方の平面側に載置された非発光表示素子を照射する、いわゆる直下型と呼ばれるバックライトがある。以下、非発光表示素子として液晶表示パネルを例に取る。

前者の場合は、光源を導光板の側面に沿って配設するためにバックライトユニットの厚みを薄くでき、その結果、バックライトユニット付液晶表示装置を搭載した機器の薄型化が可能となる。

しかしながら、液晶表示パネルの大型化、および液晶表示パネルのカラー化による透過率の低下などに伴い、液晶表示パネルによって鮮明な表示を得るためには該液晶表示パネルを全面に亘って均一に且つ明るく照射する面光源が必要となる。この点、サイドライト型バックライトは光源の配設領域に制約があり、液晶表示パネルによって鮮明な表示を得るための十分な光量を導光板内に導入することが困難になってきた。

これに対し、直下型バックライトは、拡散板の一方の平面側に載置された液晶表示パネルを拡散板の他方の平面側に配設された光源によって照明するものであり、液晶表示パネルの大型化、およびカラー化に対応可能なバックライトユニットを実現することが可能となる。

但し、この場合、液晶表示パネルの下方に光源が位置するために光源から液晶表示パネルまでの光路長に違いが生じ、そのため液晶表示パネルの被照射面における照射光量分布が不均一になり易い。そこで、このような問題を解決するために、直下型バックライトには液晶表示パネルの被照射面が均一な照射光量分布となるような様々な手法が施されている。

直下型バックライトユニットは一般的に、光源（例えば、冷陰極蛍光ランプなど）の下方および側方をリフレクタで覆い、光源の上方に拡散板や拡散シートといった拡散板、およびプリズムシートなどの光学シートを順次配設した構成からなっている。

そこで、光源から出射した光のうち、光源の上方および斜め上方に向かって出射した光は直接拡散板に向かい、光源の下方および側方に向かって出射した光はリフレクタの反射面で反射されて上方の拡散板に向かう。そして、拡散板の光入射面に至った光は拡散板で拡散されて光出射面で均一な輝度分布を形成し、更に光学シートで集光されて輝度アップした光が上方に位置する液晶表示パネルを照明する。

この場合、リフレクタは光源となるランプ間の輝度差を緩和するために、完全反射面ではなく白色材料からなる拡散反射面を有することが多い。

そこで、面光源である上記構成の直下型バックライトユニットにおいて、面輝度の均一化を図るために施される手法の一つとして、拡散板の、光源からの直接光と光源から出射された光がリフレクタの反射面で反射された反射光が重畳される光源直上位置に対応する領域に、遮光用のドットパターンやストライプパターンを形成したり（ライトカーテン方式と称する）、拡散板の厚みを部分的に変えることによって、拡散板の光源直上領域の光線透過率を低減させて面輝度分布を調整する方法がある。

また、手法の一つとして、拡散板上に更に１００μｍ程度の厚さの拡散シートを数枚重ねて輝度均一性の向上を図る方法がある。これらの手法においては、リフレクタの反射面は一般的に平面、または放物線を光源ランプの軸方向に延長した放物柱面である。

また、手法の一つとして、リフレクタを光源ランプの軸方向に垂直な面で切断した切断面における反射面の形状を、光源ランプの直下が凹面となる余弦関数曲線からなるようにする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、更に手法の一つとして、リフレクタを光源ランプの軸方向に垂直な面で切断した切断面における反射面の形状を、互いに隣接する光源ランプ同士の間に直線部を有する多面体からなる凸部を設けるようにした方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００１−１３８８０号公報 特開２００２−８２６２４号公報

しかしながら「特許文献１」で提案された方法は、反射面が余弦関数曲線からなるためにリフレクタの厚みが増大し、直下型バックライトユニットの薄型化を阻害する要因となる。

また、「特許文献２」で提案された方法は、断面凸形状を形成するにあたって複数の角度を設定する必要があると共に凸部の立ち上がりに垂直に近い角度を有するなど、形状が特殊で加工が難しく、そのため製造方法が煩雑で生産効率に劣るという問題点を有している。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、非発光表示素子を面状に照明する直下型バックライトユニットにおいて、比較的簡易な構造で生産性に優れると共に、光源光の利用効率の向上で輝度が高く且つ面輝度分布の均一性の向上で輝度むらが少なく、光学的にも優れた特性を有するバックライトユニットを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、平行に並設された複数の線状光源の夫々の周囲の一部を囲むように連続するリフレクタが配設され、前記光源および前記リフレクタの上方に該光源およびリフレクタを覆うように配光制御ユニットが配設されたバックライトユニットであって、前記リフレクタの少なくとも光源に対向する側の面には反射面が形成されており、前記反射面の一部は、前記リフレクタを前記光源の軸方向に垂直な面で切断したときの形状が前記光源の位置を略焦点の位置とする楕円で、該楕円が前記光源の軸方向に延びた楕円柱面形状を呈していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記反射面の一部は、前記リフレクタを前記光源の軸方向に垂直な面で切断したときの形状が前記光源の位置を略第１焦点の位置とし、前記配光制御ユニットの前記光源側と反対側に位置し、前記配光制御ユニットの前記光源側と反対側の面までの距離が隣接する前記光源同士の間隔以下となる位置に第２焦点を有する楕円で、該楕円が前記光源の軸方向に延びた楕円柱面形状を呈していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、請求項２において、隣接する前記光源の位置を夫々略第１焦点の位置とする隣接する前記反射面が、略同一位置で前記第２焦点を共有することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項１〜３のいずれか１項において、前記反射面の一部は前記リフレクタを前記光源の軸方向に垂直な面で切断したときの形状が直線で、該直線が光源の軸方向に延びた、前記配光制御ユニットに略平行な平面形状を呈していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載された発明は、請求項１〜４のいずれか１項において、隣接する前記反射面同士は夫々の前記反射面で覆われる光源同士の中間部に対応する位置で接合され、該接合部の位置は前記光源までの距離よりも前記配光制御ユニットまでの距離の方が短く、且つ前記配光制御ユニットまでの距離が隣接する前記光源同士の間隔の１０分の１以上であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載された発明は、請求項５において、前記反射面の前記接合部近傍は、基本となる楕円の曲率よりも小さな曲率であり、且つ拡散反射面が形成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載された発明は、請求項６において、前記拡散反射面はシボ処理が施されていることを特徴とするものである。

本発明のバックライトユニットは、複数の線状光源の夫々の下方および側方を覆うように連続した反射面を配設し、光源の上方に配光制御ユニットを配設した。そして、反射面の一部を配光制御ユニットに平行な平面とすると共に、反射面の一部を光源の位置を第１焦点とし、配光制御ユニットの光源側と反対側に位置する第２焦点を隣接する反射面同士が共有する楕円柱面とした。

そして、光源から発せられた光は、主に光源からの直接光と平面反射面で反射された反射光と楕円柱面反射面で反射された反射に分かれて配光制御ユニットに至り、主に夫々配光制御ユニットの異なる領域を照射する。

その結果、光源光の利用効率の向上で輝度が高く且つ面輝度分布の均一性の向上で輝度むらが少なく、光学的にも優れた特性を有するバックライトユニットが実現できた。

以下、この発明の好適な実施形態を図１から図８を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明のバックライトユニットに係わる実施形態の斜視図である。バックライトユニット１は光源２、リフレクタ３、拡散板４、拡散シート５およびプリズムシート６から構成されており、バックライトユニット１を構成する各部材により以下に説明するような構造を有している。

光源２は熱陰極蛍光ランプあるいは冷陰極蛍光ランプ等の線状光源であり、該線状の光源２が複数本略平行に並設されている。そして、各光源２には該光源の下方および側方を光源の軸方向に沿って覆うように板状のリフレクタ３が配設され、リフレクタ３の少なくとも光源２に対向する側の面には反射面７が形成されている。また、隣接するリフレクタ３同士は夫々のリフレクタ３で覆われる光源２同士の中間部に対応する位置で接合され、その接合部８は光源２の軸方向に略平行な線状をなしている。

光源２の上方には、光源２からの直接光、および光源２から発せられた光がリフレクタ３の反射面７で反射された反射光などの到達した光線を３６０°の範囲内のいずれかの方向に拡散する拡散板４および拡散シート５が順次配設されている。更に、拡散シート５の上面側には、該拡散シート５からの拡散光の向かう方向を制御するプリズムシート６が配設されている。

プリズムシート６は厚みが１００μｍ程度であり、光源２の軸方向に垂直な面で切断した切断面の、拡散シート５に対向する面の反対側の面が、夫々９０°の頂角を有す複数の連続する三角形からなるプリズム形状を呈している。

図２はバックライトユニット１を光源２の軸方向に垂直な面で切断した切断面を示した断面図であり、光源２、リフレクタ３の反射面７、および、拡散板４と拡散シート５とプリズムシート６で構成された配光制御ユニット９の位置関係を詳細に表したものである。なお、光に対する拡散機能を有する点から、拡散板４と拡散シート５を含めて拡散部材とすることも可能である。また、配光制御ユニット９は拡散部材のみで構成される場合もある。

各光源２を覆うリフレクタ３の反射面７のうち、光源２の下方から斜め下方向に向かう面は断面直線形状で光源２の軸方向に延びる、拡散板４に略平行な平面１０を呈しており、リフレクタ３の反射面７のうち、光源２の斜め下方向から隣接するリフレクタ３同士の接合部８に向かう面は光源２の位置を第１焦点１１とし、配光制御ユニット９の光源２側と反対側の位置に、隣接する光源２（第１焦点）同士の共有する第２焦点を有する断面楕円形状で光源２の軸方向に延びる楕円柱面１３を呈している。

なお、光源２の下方に位置する反射面７の平面１０は、上方に位置する配光制御ユニット９を構成する拡散板４および拡散シート５の面に略平行な面となっている。

また、隣接する光源２間の距離をＬとし、第２焦点１２から配光制御ユニット９の第２焦点１２側の面までの距離をＬ_１とすると、Ｌ_１≦Ｌの関係であることが望ましく、隣接するリフレクタ３同士の接合部８から配光制御ユニット９の接合部８側の面までの距離をＬ_２とすると、Ｌ_２≧Ｌ／１０の関係であることが望ましい。

本実施形態においては、リフレクタ３の反射面７の平面１０から配光制御ユニット９の第２焦点１２側の面までの距離Ｌ_３とすると、Ｌ_１＝Ｌ／７、Ｌ_２＝Ｌ／５、Ｌ_３＝Ｌ／２の関係にある。

上記位置関係にあるバックライトユニット１において、図３に示すように、光源２から発せられて上方に位置する配光制御ユニット９を構成する拡散板４に向かう光（ａ）は、直接光として直接拡散板４に至る。また、光源２から発せられて側方に位置するリフレクタ３の楕円柱面１３に向かう光（ｂ）は、楕円柱面１３形状の反射面で反射されて第２焦点１２に向かい、第２焦点１２に向かう反射光は第２焦点１２の手前に位置する配光制御ユニット９を構成する拡散板４に至る。更に、光源２から発せられて下方に位置するリフレクタ３の平面１０に向かう光（ｃ）は、平面１０形状の反射面で反射されて上方に位置する配光制御ユニット９を構成する拡散板４に向かい、拡散板４に向かう反射光は光源２の両側部を経て拡散板４の、光源２直上部近傍と隣接するリフレクタ３同士の接合部８直上部近傍との中間部に至る。

このように、配光制御ユニット９を構成する拡散板４の被照射面１４において、光源２の直上部近傍は光源２からの直接光（ａ）が照射され、隣接するリフレクタ３同士の接合部８の直上部近傍はリフレクタ３の楕円柱面１３反射面で反射された反射光（ｂ）が照射され、光源２の直上部近傍と、隣接するリフレクタ３同士の接合部８の直上部近傍との中間部はリフレクタ３の平面１０反射面で反射された反射光（ｃ）が照射される。

従って、拡散板４の被照射面１４上において、光源２からの直接光（ａ）と反射光（ｂ、ｃ）が重畳されることがなく、照射光の光量分布の均一性が向上する。

そして、光源２から発せられて拡散板４の被照射面１４に至った光（ａ、ｂ、ｃ）は該被照射面１４から拡散板４に入射し、拡散板４内および拡散シート５内を順次導光されて拡散光となったその一部が拡散シート５の光出射面１５から出射してプリズムシート６の光入射面１６に至り、該光入射面１６からプリズムシート６に入射する。

図４はプリズムシート６に入射した光の光路を示している。プリズムシート６に入射してプリズム内を導光されて９０°の頂角を有すプリズム面１７に至った光のうち、プリズムシート６の光入射面１６からプリズム面１７の頂角の２等分線に平行な光路を経てプリズム面１７に至った光（プリズム面において該プリズム面の法線との交角が４５°の光）（Ａ）は、プリズム面１７での２回の全反射によってプリズムシート６の光入射面１６から拡散シート５内に戻り、その拡散光の一部が再度プリズムシート６の光入射面１６からプリズムシート６内に入射する。つまり、光源から発せられて光源の直上方向に向かう光の方向を変えて輝線（光源そのものが観測される状態）の発生を防止すると共に、光の利用効率の向上が図られる。

また、プリズム面１７に該プリズム面１７の法線との交角が臨界角よりも小さい角度（０°〜４０°程度の範囲内の角度）で至った光（Ｂ）は、レンズ面１７で頂角方向（プリズムシート６の正面方向）に屈折されて外部に出射される。つまり、プリズムシート６の正面方向の輝度向上が図られる。

なお、プリズム面１７に該プリズム面１７の法線との交角が臨界角よりも大きい角度（４０°程度〜１８０°の範囲内の角度）で至った光（Ｃ）は、他のレンズ面１７から外部に出射されたり、プリズム面１７での２回の全反射によって再度拡散シート５内に戻る。プリズム面１７の法線に平行な光路を経てのプリズム面１７に至った光（Ｄ）はそのまま直進して外部に出射する。

図５および図６は、拡散板４の被照射面１４上において、光源からの照射光の光量分布の均一性を更に高めるためにリフレクタに施す手段を説明するためのものである。

図５のように、リフレクタ３の反射面７が鏡面反射面の場合、光源２から発せられて側方のリフレクタ３の楕円柱面１３形状の反射面７で反射されて拡散板４の被照射面１４に投影される反射光像１８ａの大きさと、光源２から発せられて斜め上方の隣接するリフレクタ３同士の接合部８近傍の反射面７で反射されて拡散板４の被照射面１４に投影される反射光像１８ｂを比較すると、リフレクタ３同士の接合部８近傍の反射面７で反射されて拡散板４の被照射面１４に投影される反射光像１８ｂの方が、光源２から反射面７までの光路が長く且つ反射面７から拡散板４の被照射面１４までの光路が短いために、光の広がりが小さく反射光像１８ｂも小さいものになりやすい。

その結果、小さな反射光像１８ｂが拡散板４上に集光するために部分的に輝度が高い輝線が発生することになる。図６はこの問題を解決する方法であり、リフレクタ３の鏡面反射面からなる反射面７において、隣接するリフレクタ３同士の接合部近傍１９の反射面７の曲率を基本の楕円よりも小さくし、且つその部分の面を拡散反射面とするものである。

具体的には、リフレクタ３の鏡面反射面からなる反射面７において、隣接するリフレクタ３同士の接合部近傍１９の反射面の曲率を基本の楕円よりも小さくし、且つその部分の面にシボ処理を施すものである。そこで、光源２から発せられた光は、側方のリフレクタ３の楕円柱面１３形状の鏡面反射面からなる反射面７で反射されて拡散板４の被照射面１４に反射光像１８ａを形成すると共に、斜め上方の隣接するリフレクタ３同士の接合部近傍１９の曲率を小さくてシボ処理された拡散反射面からなる反射面７で反射されて拡散光２０となり、その拡散光２０が拡散板４の被照射面１４に照射される。その結果、輝線の発生は抑制される。

以下に、本発明のバックライトユニットの実施例について説明する。実施例となるバックライトユニットは図１のように構成されており、光源として６４０ｌｍの熱陰極蛍光ランプを７０ｍｍの間隔で３本並設し、上方に縦２２０ｍｍ×横３６０ｍｍの、拡散板４と拡散シート５とプリズムシート６で構成された配光制御ユニット９を配設した。この面光源の寸法は３２型テレビ画面の１／４の大きさを想定したものであり、１６型テレビ画面の大きさに相当する。

図７はバックライトユニットの配光制御ユニット９上の面輝度分布図であり、図８は配光制御ユニット９上の中央部の横方向７０ｍｍにおける縦断面輝度の実測値によるグラフである。

図７より、バックライトユニットの配光制御ユニット９上の面輝度分布は広範囲に亘って均一性が確保されていることがわかる。また、図８のグラフはバックライトユニットの配光制御ユニット９上の面輝度の実測値が、位置によらず１４，０００ｃｄ／ｍ^２でほぼ一定していることを示しており、バックライトユニットの配光制御ユニット９上の面輝度分布の均一性が優れていることを実証している。

通常、液晶表示パネルのバックライトとしては８，０００〜９，０００ｃｄ／ｍ^２の輝度が必要とされているが、上記実施例において、高輝度タイプの熱陰極蛍光ランプを光源とすることによって１４，０００ｃｄ／ｍ^２の輝度が均一な輝度分布で得られることが確認できた。

また、現在、液晶表示パネルによる３２型テレビ画面はバックライトの光源には冷陰極蛍光ランプを１２〜１６本使用するのが一般的であるが、本発明のバックライトユニットを使用すると、６本の熱陰極蛍光ランプでバックライト機能を満足することが可能である。

以上説明したように、本発明のバックライトユニットは、比較的簡易な構造で生産性に優れると共に、光源光の利用効率の向上で輝度が高く且つ面輝度分布の均一性の向上で輝度むらが少なく、光学的にも優れた特性を有するものである。

なお、本実施形態では、第２焦点１１を互いに隣接する反射面が共有するようになっているが、夫々の反射面が異なる位置に第２焦点を有するようにしても発明の効果の大部分は達成できる。

本発明のバックライトユニットの斜視図である。 本発明のバックライトユニットの部分断面図である。 本発明のバックライトユニットの光線の進路を示す光路図である。 同じく、本発明のバックライトユニットの光線の進路を示す光路図である。 一般的なバックライトユニットの部分詳細図である。 本発明のバックライトユニットの部分詳細図である。 本発明のバックライトユニットに係わる実施例の面輝度分布図である。 同じく、本発明のバックライトユニットに係わる実施例の面輝度グラフである。

符号の説明

１ バックライトユニット
２ 光源
３ リフレクタ
４ 拡散板
５ 拡散シート
６ プリズムシート
７ 反射面
８ 接合部
９ 配光制御ユニット
１０ 平面
１１ 第１焦点
１２ 第２焦点
１３ 楕円柱面
１４ 被照射面
１５ 光出射面
１６ 光入射面
１７ プリズム面
１８ａ、１８ｂ 反射光像
１９ 接合部近傍
２０ 拡散光

Claims (7)

1. 平行に並設された複数の線状光源の夫々の周囲の一部を囲むように連続するリフレクタが配設され、前記光源および前記リフレクタの上方に該光源およびリフレクタを覆うように配光制御ユニットが配設されたバックライトユニットであって、前記リフレクタの少なくとも光源に対向する側の面には反射面が形成されており、前記反射面の一部は、前記リフレクタを前記光源の軸方向に垂直な面で切断したときの形状が前記光源の位置を略焦点の位置とする楕円で、該楕円が前記光源の軸方向に延びた楕円柱面形状を呈していることを特徴とするバックライトユニット。
2. 前記反射面の一部は、前記リフレクタを前記光源の軸方向に垂直な面で切断したときの形状が前記光源の位置を略第１焦点の位置とし、前記配光制御ユニットの前記光源側と反対側に位置し、前記配光制御ユニットの前記光源側と反対側の面までの距離が隣接する前記光源同士の間隔以下となる位置に第２焦点を有する楕円で、該楕円が前記光源の軸方向に延びた楕円柱面形状を呈していることを特徴とする請求項１に記載のバックライトユニット。
3. 隣接する前記光源の位置を夫々略第１焦点の位置とする隣接する前記反射面が、略同一位置で前記第２焦点を共有することを特徴とする請求項２に記載のバックライトユニット。
4. 前記反射面の一部は前記リフレクタを前記光源の軸方向に垂直な面で切断したときの形状が直線で、該直線が光源の軸方向に延びた、前記配光制御ユニットに略平行な平面形状を呈していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
5. 隣接する前記反射面同士は夫々の前記反射面で覆われる光源同士の中間部に対応する位置で接合され、該接合部の位置は前記光源までの距離よりも前記配光制御ユニットまでの距離の方が短く、且つ前記配光制御ユニットまでの距離が隣接する前記光源同士の間隔の１０分の１以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバックライトユニット。
6. 前記反射面の前記接合部近傍は、基本となる楕円の曲率よりも小さな曲率であり、且つ拡散反射面が形成されていることを特徴とする請求項５に記載のバックライトユニット。
7. 前記拡散反射面はシボ処理が施されていることを特徴とする請求項６に記載のバックライトユニット。